水系ZIB作为一种绿色储能电池，具有充放电性能稳定，安全性高，成本低，耐久性好等优点。然而，具有高性能和持久稳定性的ZIB水性阳极的开发进展缓慢。

有鉴于此，中南大学周江教授和Zhangxing He等人，基于Zn²⁺在充电和放电过程中的电化学行为，基于Zn沉积和Zn²⁺插层两个方面，综述了用于水系ZIBs的阳极材料的研究进展。

本文要点

1）迄今为止，锌枝晶，腐蚀和钝化问题限制了水系ZIBs的开发。然而，已经开发了许多策略，包括结构设计，锌阳极的界面保护，锌合金化以及使用聚合物电解质。主要目的是稳定Zn剥离/镀层并限制副反应。具有高Zn²⁺存储容量以替代当前的金属Zn阳极的Zn²⁺嵌入阳极也是一种潜在的选择。最后，针对后续优化策略提出了一些建议，有望促进水系ZIBs的进一步发展。此外，研究人员已经开发出一种合适的低压Zn²⁺嵌入阳极来替代当前的金属Zn阳极。插层Zn²⁺的阳极具有较高的Zn²⁺存储容量，可以为ZIBs系统提供高倍率性能和循环稳定性。尽管高性能锌阳极的研究取得了重大进展，但当前的优化策略仍不能完美地解决诸如枝晶和许多副反应之类的问题。

2）为了实现锌阳极的长循环寿命，高容量和库仑效率，为了的发展方向包括：(1)涂层材料可以防止锌阳极与电解液的直接接触，这是导致锌阳极表面改性的原因。然而，锌与电解质的界面改性策略仍存在一些问题。(2)使用锌金属阳极所遇到的问题不是独立的，而是相互作用的。因此，未来高性能锌阳极的设计策略应考虑多种因素的影响。不同改性优化策略的结合具有广阔的应用前景。如界面改性与结构设计、锌合金化与表面改性、结构设计与电解质优化等相结合。（3）电解质组成的优化是目前水系ZIBs发展的关键。实际上，许多电池不仅会因枝晶和短路而损坏，而且更主要的原因是由于电解质不足而导致容量衰减。因此，开发长效耐耗电解质可能是电解质改性的未来方向。此外，获得均匀的Zn成核是解决严重枝晶和其他副反应问题的关键。通过制备人造固体电解质界面层，可以获得光滑的沉积层。它还可以帮助引导电解质的均匀渗透。(4)具有三维结构的衬底可以减少局部电荷的积累，有利于表面电场的均匀性，提高Zn沉积/剥离的库仑效率。然而，在以往的研究中，三维结构的空间网络大小一直被忽视。一些狭窄的通道可能阻碍电解质的流动，导致某些地方没有锌沉积。此外，当电荷容量超过最大容量时，稳定的Zn沉积被限制在三维框架的内部。（5）锌合金化也是获得高性能锌阳极的有效手段。合金结构具有一定的机械强度，可以有效地抑制阳极在加工过程中的变形。它还在抑制枝晶生长和腐蚀钝化方面发挥作用。（6）Zn²⁺嵌入阳极是一种基于Zn²⁺嵌入/脱嵌机理的负极材料。由于锌金属不直接用作阳极，因此可以有效避免枝晶，腐蚀，钝化和其他相关问题。与金属Zn相比，该方法具有优势。但是，这种材料还存在一系列问题，例如导电性差，Zn²⁺插入/萃取动力学较慢，能量密度低，结构崩溃和材料溶解。

参考文献：

Tingting Wang et al. Anode Materials for Aqueous Zinc Ion Batteries: Mechanisms, Properties, and Perspectives. ACS Nano, 2020.

DOI: 10.1021/acsnano.0c07041

https://doi.org/10.1021/acsnano.0c07041